DE2343721C2

DE2343721C2 - Method for generating a visible display of an object and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE2343721C2
Application number: DE2343721A
Authority: DE
Inventors: John Mapes Houston; Jack Dean Schenectady N.Y. Kingsley
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-09-01
Filing date: 1973-08-30
Publication date: 1982-06-09
Also published as: JPS4976369A; FR2198149A1; NL7312019A; US3778756A; DE2343721A1; FR2198149B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer sichtbaren Anzeige eines Objektes und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung sind in der US-PS 35 48 642 beschrieben.The invention relates to a method for generating a visible display of an object and a facility for carrying out the procedure. Such a method and apparatus are described in US Pat. No. 3,548,642.

Die visuelle Büdwandlung von Ultraschall-Echosignalen wird in der medizinischen Diagnose bei der Untersuchung von biologischen Geweben und Organen und in der Industrie bei der Untersuchung von hergestellten Gegenständen auf innere Fehler verwendet Dies sind zwei typische Anwendungsbeispiele. Dabei wurde ein einzelner Quarzkristall (Sender) für ein enges Strahlenbündel mechanisch entlang einer Linie geführt welche parallel zur Oberfläche des zu untersuchenden Objektes lag. Der Kristall kann im Impulsbetrieb mit etwa 100 Impulsen pro Sekunde betrieben werden. Nach jedem Impuls arbeitet der Kristall auch noch als piezoelektrischer Detektor zur Erfassung der vom Gegenstand oder Objekt reflektierten Ultraschall-Echosignale. Diese werden über der Zeit auf einer Zeile einer Anzeige einer Kathodenstrahlröhre wiedergegeben. Mit dem mechanischen Durchlauf des Kristalls entlang der Linie wird die Wiedergabe oder das Bild an der Kathodenstrahlröhre von Zeile zu Zeile weitergeführt und es wird hierdurch in wenigen Sekunden ein gesamtes Bild (Rahmen) abgebildet; beispielsweise würde ein Bild mit 500 Zeilen bei einer Impulsfolgefrequenz von 100 Impulsen pro Sekunde insgesamt 5 Sekunden benötigen. Dieses Verfahren mit mehreren Sekunden für die Aufzeichnung eines Bildes macht es jedoch unmöglich, mit einer annehmbaren Auflösung eine visuelle Abbildung eines Gegenstandes zu erhalten, der sich in einer Bewegung befindet, beispielsweise das Schlagen eines menschlichen Herzens. The visual transformation of ultrasonic echo signals is used in medical diagnosis when examining biological tissues and organs and used in industry in the inspection of manufactured articles for internal defects These are two typical application examples. A single quartz crystal (transmitter) was used for a narrow beam mechanically guided along a line which is parallel to the surface of the object to be examined. The crystal can operate in pulsed mode with about 100 pulses per second operate. After each pulse, the crystal also works as a piezoelectric detector Acquisition of the ultrasonic echo signals reflected from the object or object. These will become over time on one line of a display of a cathode ray tube. With the mechanical pass of the crystal along the line, the display or the picture on the cathode ray tube will be from line to line Line is continued and an entire picture (frame) is displayed in a few seconds; for example, an image would have 500 lines at a pulse rate of 100 pulses per second need a total of 5 seconds. This process takes several seconds to record an image however, makes it impossible to visualize an object with an acceptable resolution that is in motion, such as the beating of a human heart.

Eine kürzliche Verbesserung auf dem Gebiet der visuellen Büdwandlung von Ultraschall-Echosignalen verwendet eine ebene Anordnung von n² akustischen Detektoren, welche jeweils einem üchtemittierenden Element zugeordnet sind, um hierdurch eine visuelle Wiedergabe eines ebenen Schnittes des untersuchten Objektes zu erzeugen, wobei die Schnittebene parallel zur Anordnungsebene der akustischen Detektoren liegt. Im Gegensatz hierzu verwendet die erfindungsgemäße Anordnung nur eine Zahl von η akustischen Detektoren, welche in einer einzigen Reihe angeordnet sind, und ergibt eine visuelle Wiedergabe eines ebenen Schnittes des untersuchten Objektes, wobei die Schnittebene in einer Ebene liegt, welche definiert ist durch die Mittelachse der Signalfortpflanzung vom akustischen Sender zum Objekt und durch die Achse der akustischen Detektoren, d.h. wenn beide Anordnungen von Detektoren unmittelbar vor dem zu untersuchenden Objekt angeordnet sind.A recent improvement in the field of visual conversion of ultrasonic echo signals uses a planar arrangement of n ² acoustic detectors, each associated with a light-emitting element, in order to thereby produce a visual representation of a planar section of the examined object, the section plane being parallel to the Arrangement plane of the acoustic detectors lies. In contrast to this, the arrangement according to the invention uses only a number of η acoustic detectors, which are arranged in a single row, and results in a visual reproduction of a planar section of the examined object, the section plane lying in a plane which is defined by the central axis of the Signal propagation from the acoustic transmitter to the object and through the axis of the acoustic detectors, ie when both arrays of detectors are arranged directly in front of the object to be examined.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung für eine Ultraschall-Bilddarstellung zu schaffen, durch die eine visuelle Abbildung mit einer hinreichend großen Geschwindigkeit erzeugt wird, um eine Bewegung des untersuchten Objektes zu betrachten.It is the object of the invention to provide an improved method and a device for its implementation for creating an ultrasound image representation through which a visual image with a sufficient high speed is generated in order to observe a movement of the examined object.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 5 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of claims 1 and 5, respectively.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnetAdvantageous refinements of the invention are characterized in the subclaims

Die mit der Erfindung crzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung eine Diskriminierung im Zeitbereich vornehmen kann, wodurch eine visuelle Darstellung in der Tiefe, insbesondere bei der medizinischen Diagnose zur Untersuchung von inneren Organen und Blutgefäßen, ermöglicht wird und auch Fehlerstellen in hergestellten Objekten festgestelltThe advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the method and the Device according to the invention can make a discrimination in the time domain, whereby a visual Depiction in depth, especially in medical diagnosis for internal examination Organs and blood vessels, and defects in manufactured objects are also detected

so werden können. Die optische Wiedergabe oder Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre oder einer anderen Sichtanzeige kann unmittelbar und kontinuierlich betrachtet werden und besitzt eine hohe Auflösung infolge des engen Abstandes der Detektoren und der Zeitbereichsdiskriminiening der reflektierten Echos. Das Verfahren und die Einrichtung verwenden einen einzigen akustischen Sender und eine einzige Reihe einer Anzahl von akustischen Detektoren (200 bis 1000), welche die erfaßten reflektierten Ultraschall-Signale in elektrische Signale umwandeln zur visuellen Darstellung auf einer Sichtanzeige. Die Sichtanzeige besteht aus einem ebenen Schnitt durch das Objekt Die Schnittebene ist dabei definiert durch die Mittenachse der Einrichtung, die durch die Achse des Fokussierungsteils und die Mitte der Detektoren und die Längsachse der Anordnung der akustischen Detektoren festgelegt ist Die Dicke des ebenen Schnittes bzw. der Scheibe, d.h. die Tiefe in dem untersuchten Objekt, kann incan become like that. Optical reproduction or display on the cathode ray tube or other visual display can be immediate and continuous are considered and has a high resolution due to the close spacing of the detectors and the Time domain discrimination of the reflected echoes. The method and apparatus use a single acoustic transmitter and a single row a number of acoustic detectors (200 to 1000), which convert the detected reflected ultrasonic signals into electrical signals for visual display on a visual display. The visual display consists of a planar section through the object Die The cutting plane is defined by the center axis of the device, which is the axis of the focusing part and determine the center of the detectors and the longitudinal axis of the array of acoustic detectors is The thickness of the plane cut or the slice, i.e. the depth in the examined object, can be in

leichter Weise beherrscht werden durch eine Zeitbereichsdiskriminierung der erfaßten Ultraschall-Signale in einer Bereichssteuerschaltung, die die Ein- und Ausschaltzeiten von elektronischen Verstärkern steuert, welche mit den Ausgängen der akustischen Detektoren ι verbunden sind. Die Einrichtung gemäß der Erfindung besteht aus relativ einfachen und billigen Bauteilen und ergibt eine hinreichend schnelle Ansprechzeit, so daß mit Leichtigkeit eine Bildgeschwindigkeit in der Größenordnung von 100 Bildern pro Sekunde für die i<> visuelle Wiedergabe erreicht werden kann. Hierdurch wird eine unmittelbare Wiedergabe der Bewegung des untersuchten Objektes, beispielsweise des menschlichen Herzens, gestattet, oder es wird möglich, Filmaufnahmen der Bewegung eines solchen Organs zu erhalten.be easily dominated by a time domain discrimination of the detected ultrasonic signals in a range control circuit that controls the input and Switch-off times of electronic amplifiers controls which ι with the outputs of the acoustic detectors are connected. The device according to the invention consists of relatively simple and inexpensive components and gives a sufficiently fast response time so that an image speed in the The order of magnitude of 100 frames per second for the i <> visual reproduction can be achieved. Through this is an immediate reproduction of the movement of the examined object, for example the human Heartily, permitted, or it will be possible to obtain film recordings of the movement of such an organ.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will now be explained with reference to the following description and drawing of exemplary embodiments explained in more detail.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht eines vereinfachten vorbekannten Gerätes zum mechanischen Abtasten oder Durchlauf eines einzigen akustischen Senders entlang einer Linie parallel zur Vorderseite eines Patienten in einer Anwendung der Ultraschall-Abbildung für eine medizinische Diagnose.F i g. 1 shows a side view of a simplified prior art device for mechanical scanning or pass a single acoustic transmitter along a line parallel to the front of a Patient in an ultrasound imaging application for a medical diagnosis.

F i g. 2 zeigt eine typische Wiedergabe der reflektierten Ultraschall-Signale abgetragen über dem Tiefenbereich, wie man sich nach einem Gerät gemäß der F i g. 1 erhält.F i g. 2 shows a typical reproduction of the reflected ultrasonic signals plotted over the depth range, how to look for a device according to FIG. 1 receives.

F i g. 3 enthält eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Uitraschall-Abbildungskompo- m nenten gemäß der Erfindung unter Verwendung einer Sammellinse zur Abbildung der Echosignale auf die akustischen Detektoren.F i g. 3 contains a side view of a first embodiment of the Uitraschall-Abbildungskompo- m components in accordance with the invention, using a collecting lens for imaging the echo signals to the acoustic detectors.

F i g. 4 ist eine typische Wiedergabe oder Anzeige auf einer Kathodenstrahlröhre, wie man sie mit dem Gerät π gemäß F i g. 3 erhält.F i g. Figure 4 is a typical display or display on a cathode ray tube such as that obtained with the device π of Figure 4. 3 receives.

F i g. 5 enthält ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung, welche in Fig.3 nur teilweise wiedergegeben ist und dazu dient, bei einer konventionellen Kathodenstrahlröhre oder einer anderen visuellen Anzeigeeinrichtung mit Reiheneingang die visuelle Anzeige zu erhalten. DieF i g. 5 contains a block diagram of the electronic circuit, which is only partially reproduced in FIG and is used in a conventional cathode ray tube or other visual Display device with a series input to receive the visual display. the

F i g. 6 enthält eine Seitenansicht einer zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Ultraschall-Abbildungskomponenten gemäß der Erfindung. DieF i g. Figure 6 contains a side view of a second and preferred embodiment of the ultrasonic imaging components according to the invention. the

F i g. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Ultraschall-Abbildungskomponenten gemäß der Erfindung. DieF i g. 7 shows a third embodiment of the ultrasonic imaging components according to the invention. the

F i g. 8 enthält ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung, um eine visuelle Anzeige auf einer Mehrstrahl-Kathodenstrahlröhre oder einer anderen visuellen Anzeigeeinrichtung mit Paralleleingang zu erhalten.F i g. Figure 8 contains a block diagram of the electronic circuitry to provide a visual display on a multibeam cathode ray tube or other visual display device with parallel input.

F i g. 1 zeigt ein vorbekanntes Cierät zur Erzeugung einer visuellen Anzeige von Ultraschallbildern auf einer konventionellen Kathodenstrahlröhre (CRT) 10. Dabei soll hier der Ausdruck »Kathodenstrahlröhre« die Wiedergaberöhre und die dieser Röhre zugeordnete elektronische Schaltungsanordnung umfassen, beispielsweise den Durchlauf- oder Kippgeneratcr usw. Das auf dem Schirm der Röhre 10 wiedergegebene Bild ist in Fig.2 in gestrichelter Form veranschaulicht Diese vorbekannte Ultraschall-Abbildung wird dadurch erhalten, daß ein einziger piezoelektrischer Wandler 11 mit engem Strahl in Form eines Quarzkristalls entlang einer linie parallel zur Oberfläche des untersuchten Objektes mechanisch vorbeigeführt wird. In dem bestimmten Anwcniiüngsfall nach der Abbildung in Fig. 1 ist das Objekt ein Patient, bei dem ein inneres Organ, beispielsweise das Herz, durch Ultraschall-Abbildung untersucht wird. Selbstverständlich muß das untersuchte Objekt nicht unbedingt ein biologisches Objekt sein, es kann auch ein hergestellter Gegenstand auf innere Fehler oder akustische Heterogenitäten untersucht werden. Unter akustischer Heterogenität wird eine Diskontinuität oder Trennfläche zwischen zwei Medien verstanden, weiche verschiedene akustische Impedanzen besitzen. Es ist zu beachten, daß bei den vorbekannten Anordnungen und bei der vorliegenden Erfindung der Ultiaschallwandler-Sender-Empfänger und der untersuchte Gegenstand in einem geeigneten flüssigen Medium, beispielsweise Wasser, angeordnet sind zu einer wirkungsvolleren Übertragung der auftreffenden und reflektierten Ultraschallsignale. Wie in F i g. 1 dargestellt, wird der piezoelektrische Wandler 11 mechanisch entlang einer vertikalen Linie geführt, die parallel zur vorderen Körperfläche des Patienten ist. Dabei besitzt diese Linie eine ausreichende Höhe, um eine Ultraschallbestrahlung des gesamten Herzens zu erhalten. Diese mechanische Abtastung oder Verschiebung des Wandlers 11 in der vertikalen Richtung gemäß der Abbildung in F i g. 1 kann in irgendeiner geeigneten Weise erzielt werden, beispielsweise dadurch, daß der Wandler 11 auf einer vertikal orientierten Laufschiene gehaltert wird. Der Kristall des Wandlers 11 wird aus einer geeigneten elektrischen Impulsquelle 12 mit Impulsen bei einer Folgefrequenz von etwa 100 Impulsen pro Sek. versorgt. Nach jedem Impuls arbeitet der Wandler 11 auch noch als ein piezoelektrischer Detektor zur Erfassung der Ultraschall-Energieechos, welche von dem untersuchten Objekt reflektiert werden. Nach jedem Impuls wird das Echosignal zeitlich über einer Durchlauflinie (oder Zeile) auf der Kathodenstrahlröhre 10 wiedergegeben. Mit der mechanischen Verschiebung des Wandlers 11 entlang seiner Laufschiene schreitet die Wiedergabe an der Kathodenstrahlröhre von Zeile zu Zeile fort, und dadurch wird das gesamte Bild des Objektes innerhalb von wenigen Sekunden abgebildet. Im Falle eines Bildes mit 500 Zeilen erfordert dieser Vorgang 5 Sek. bei einer Impulsfrequenz von 100 Impulsen pro Sek. für den Kristall. Der piezoelektrische Wandler 11 kann durch irgendeine geeignete Einrichtung mechanisch verschoben werden, beispielsweise durch ein durch Motor angetriebenes Teil 13, das mit dem Wandler 11 verbunden ist Da dieser vorbekannte Ultraschall-Abtaster etwa 5 Sek. zur Ausbildung jedes vollständigen Bildes benötigt ist es offensichtlich, daß die visuelle Anzeige einer Bewegung des Objektes, d. h. eine Anzeige ähnlich einem üblichen Fernsehbild, nicht möglich istF i g. 1 shows a previously known device for generating a visual display of ultrasound images on a conventional cathode ray tube (CRT) 10. Thereby The term "cathode ray tube" is intended here to refer to the display tube and the tube assigned to this tube electronic circuitry include, for example, the continuous or Kippgeneratcr etc. The The image reproduced on the screen of the tube 10 is illustrated in FIG. 2 in dashed form known ultrasonic imaging is obtained in that a single piezoelectric transducer 11 with Narrow beam in the form of a quartz crystal along a line parallel to the surface of the examined object is moved past mechanically. In the specific application according to the illustration in FIG. 1, this is Object a patient who has an internal organ, such as the heart, through ultrasound imaging is being investigated. Of course, the object being examined does not have to be a biological object, it a manufactured object can also be examined for internal defects or acoustic heterogeneities will. Acoustical heterogeneity is a discontinuity or interface between two media understood soft having different acoustic impedances. It should be noted that the prior art arrangements and in the present invention the ultrasonic transducer-transmitter-receiver and the object under examination is placed in a suitable liquid medium, for example water are for a more effective transmission of the incident and reflected ultrasonic signals. As in Fig. 1, the piezoelectric transducer 11 is mechanically guided along a vertical line, which is parallel to the front surface of the patient's body. This line has a sufficient height to receive ultrasound irradiation of the entire heart. This mechanical scanning or displacement of the transducer 11 in the vertical direction as shown in FIG. 1 can be in any suitable Wise can be achieved, for example, that the transducer 11 on a vertically oriented running rail is held. The crystal of the transducer 11 is obtained from a suitable electrical pulse source 12 Pulses supplied at a repetition rate of around 100 pulses per second. After each pulse works the transducer 11 also acts as a piezoelectric detector for detecting the ultrasonic energy echoes, which are reflected from the examined object. After each pulse the echo signal becomes temporal is displayed over a sweep line (or line) on the cathode ray tube 10. With the mechanical Displacement of the transducer 11 along its running rail advances the reproduction on the cathode ray tube from line to line, and this takes the entire picture of the object within a few Seconds mapped. In the case of an image with 500 lines, this process takes 5 seconds for an Pulse frequency of 100 pulses per second for the crystal. The piezoelectric transducer 11 can by any suitable means can be mechanically displaced, for example by a motor driven part 13 which is connected to the transducer 11 As this previously known ultrasonic scanner It takes about 5 seconds to form each complete image, it is evident that the visual Display of movement of the object, d. H. a display similar to a normal television picture, no is possible

Der Typ einer visuellen Anzeige, wie sie auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 10 gebildet wird, ist in Fig.2 wiedergegeben. Dabei entspricht die Abszisse (Z-Achse) dem Durchlauf des Bereichs durch die den Wandler 11 (d.h. es ist eine Zeitfunktion) und die Ordinate {Y-Achse) entspricht der mechanischen Verschiebung des Wandlers. Daher stellt jede horizontale Abtastlinie den durch einen Impuls oder eine zusammengehörige Folge von Impulsen in der Impulsquelle 12 erzeugten Durchlauf dar, und jedes erfaßte Echosignal wird als ein Lichtpunkt wiedergegeben (d. h. als eine Intensitätsmodulation des Elektronenstrahls der Kathodenstrahlröhre entlang der Abtastlinie) und entspricht dem Tiefenbereich oder der Entfernung vom Wandler zu einer akustischen Heterogenität Der Wandler 11 wird vertikal (gemäß der Ansicht in F i g. 1)The type of visual display as formed on the screen of the cathode ray tube 10 is shown in FIG Fig. 2 reproduced. The abscissa (Z-axis) corresponds to the passage of the area through the Converter 11 (i.e. it is a function of time) and the ordinate {Y-axis) corresponds to the mechanical Displacement of the converter. Therefore, each horizontal scan line represents the one caused by a pulse or a associated sequence of pulses generated in the pulse source 12, and each detected Echo signal is represented as a point of light (i.e. as an intensity modulation of the electron beam of the cathode ray tube along the scan line) and corresponds to the depth range or the distance from the transducer to an acoustic heterogeneity Der Converter 11 is vertical (according to the view in FIG. 1)

mit einer ausreichend geringen Geschwindigkeit bewegt, um einen engen Abstand der benachbarten Durchlauflinien der Wiedergabe an der Kathodenstrahlröhre zu erhalten. Dadurch wird eine visuelle Anzeige erhalten, welche eine relativ hohe Auflösung für Gegenstände besitzt, die im wesentlichen völlig stationär sind.Moved at a sufficiently slow speed to keep a close spacing of the neighboring Get pass lines of playback on the cathode ray tube. This creates a visual indicator obtained which has a relatively high resolution for objects that are essentially completely are stationary.

F i g. 3 zeigt den Teil für die Ultraschall-Abbildungskomponente einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Es wird hierbei eine akustische Abbildungs- oder Fokussierungseinrichtung in Form einer akustischen Linse 30 zum Empfang der Ultraschallreflektionen vom Gegenstand 32 verwendet. Die Linse 30 fokussiert die Echosignale auf eine einzige Reihe von akustischen Detektoren, welche vorzugsweise mit gleichem Abstand untereinander angebracht sind. Das heißt, sie bildet die Ultraschall-Reflektionen in der Brennebene der Linse 30 ab. Dabei ist diese Fokusebene in einem Abstand von der Linse, welcher größer ist als der Abstand des Brennpunktes von demselben. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Wellenfront des aus der Linse auftreffenden Ultraschall-Echosignals nicht planar oder eben ist infolge des relativ geringen Abstandes des Gegenstandes 32 von der gegenüberliegenden Seite der Linse. Zwischen der Linse 30 und dem untersuchtenObjekt 32 ist ein einziger akustischer Sender 31 angebracht. In diesem bestimmten Anwendungsfall ist das Objekt 32 das Herz 32a eines menschlichen Patienten. Der akustische Sender 31 ist hier ein konventioneller akustischer Wandler. Dieser kann beispielsweise einen piezoelektrischen Kristall beinhalten zur Umwandlung elektrischer Erregerwellen (diese werden dem Kristall von einer noch nachstehend beschriebenen geeigneten elektrischen Quelle zugeführt) in äquivalente akustische oder Uitraschaii-Energiewellen in dem flüssigen Medium. Dieses ist in einem Tank enthalten, in dem die Linse 30, der Sender 31, der Patient 32 und eine einzige Reihe von akustischen Detektoren 33 eingetaucht sind, wobei die letzteren in einer Brennebene der Linse 30 auf der dem Sender gegenüberliegenden Seite angebracht sind. Der Tank, welcher das flüssige Medium, beispielsweise Wasser enthält, besitzt zweckmäßigerweise eine solche Größe, daß sich der Patient 32 an einem Ende des Tanks und die einzige Reihe von Detektoren 33 in der Nähe oder am zweiten Ende desselben befinden. Die akustischen Detektoren 33 können als Ultraschall-Bildwandler zur Umwandlung oder Konvertierung einer räumlichen Verteilung des Drucks der reflektierten an den Eingängen derselben empfangenen Ultraschall-Energiewellen in entsprechende elektrische Spannungssignale an den Ausgängen derselben bezeichnet werden. Die Detektoren 33 -sind ebenfalls konventioneiie akustische Wandler, welche piezoelektrische Kristalle umfassen können. Es kann beispielsweise für den akustischen Sender und die Detektoren als piezoelektrisches Material Blei-Zirkonium-Titanat verwendet werden.F i g. Figure 3 shows the part for the ultrasonic imaging component of a first embodiment of the invention. In this case, an acoustic imaging or focusing device in the form of an acoustic one is used Lens 30 is used to receive the ultrasonic reflections from object 32. The lens 30 focuses the Echo signals to a single row of acoustic detectors, which are preferably equidistant are attached to each other. This means that it forms the ultrasonic reflections in the focal plane of the lens 30 from. This focal plane is at a distance from the lens which is greater than the distance of the Focus of the same. The reason for this is that the wavefront of the lens The incident ultrasonic echo signal is not planar or flat due to the relatively small distance of the Object 32 from the opposite side of the lens. Between the lens 30 and the examined object 32, a single acoustic transmitter 31 is attached. In this particular use case it is the object 32 is the heart 32a of a human patient. The acoustic transmitter 31 is here a conventional acoustic transducer. This can contain a piezoelectric crystal, for example for the conversion of electrical excitation waves (these are the crystal of a below suitable electrical source described) into equivalent acoustic or Uitraschaii energy waves in the liquid medium. This is contained in a tank in which the lens 30, the transmitter 31, the Patient 32 and a single row of acoustic detectors 33 are immersed, the latter in a focal plane of the lens 30 are mounted on the side opposite the transmitter. The Tank, which contains the liquid medium, for example water, expediently has a size such as that the patient 32 is at one end of the tank and the only row of detectors 33 near or on second end of the same. The acoustic detectors 33 can be used as an ultrasonic image converter Conversion or conversion of a spatial distribution of the pressure of the reflected to the Inputs of the same received ultrasonic energy waves in corresponding electrical voltage signals are designated at the outputs of the same. The detectors 33 are also conventionally acoustic Transducers which can comprise piezoelectric crystals. It can for example be used for acoustic Transmitter and the detectors are used as the piezoelectric material lead zirconium titanate.

Die einzelne Reihe von akustischen Detektoren 33 wird in einer geraden Linie entlang einer Achse senkrecht zur Mittenachse des Gerätes angeordnet, welche durch die Achse der linse 30 und die Mitte der Detektorenreihe definiert ist (im allgemeinen Fall ist sie auch definiert durch die Mittenachse 31a der Signalfortpflanzung vom Sender 31 zu dem untersuchten Objekt 32a} Die Detektoren sprechen gleichzeitig auf die Ultraschall-Echosignale an, die aus verschiedenen Tiefenbereichen im Innern des Herzens 32a ankommen. Die visuelle Abbildung wird auf einer Kathodenstrahlröhre (oder einer anderen geeigneten visuellen Anzeigeeinrichtung) aus den Ausgängen der Detektoren 33 gebildet (dies wird noch im einzelnen im Zusammenhang mit der Fig. 5 und 8 erläutert). Die Abbildung istThe single row of acoustic detectors 33 is arranged in a straight line along an axis perpendicular to the central axis of the device which is defined by the axis of the lens 30 and the center of the row of detectors (in the general case it is also defined by the central axis 31a of the signal propagation from transmitter 31 to examined object 32a} The detectors respond simultaneously to the ultrasonic echo signals arriving from different depths inside the heart 32a . The visual image is displayed on a cathode ray tube (or other suitable visual display device) from the outputs of the Detectors 33 are formed (this will be explained in detail in connection with FIGS. 5 and 8)

^ri dabei ein ebener Schnitt durch den Gegenstand 32a in einer Ebene, welche durch die Mittelachse des Gerätes und diejenige Achse definiert ist, die durch die Linie gebildet ist, in der die akustischen Detektoren 33 in einer einzigen Reihe angeordnet sind. Daher ist gemäß ^r i is a planar section through the object 32a in a plane which is defined by the central axis of the device and that axis which is formed by the line in which the acoustic detectors 33 are arranged in a single row. Hence, according to

lü der Darstellung in Fig.3 die von einer einzigen vertikalen Reihe von Detektoren 33 erfaßte Abbildung des Herzens 32a ein vertikaler ebener Sennit*, durch das Herz 32a von der Vorderseite zur Rückseite desselben unter der Annahme, daß die vordere Körperseite deslü the representation in Fig.3 that of a single vertical row of detectors 33 captured image of the heart 32a a vertical planar Sennit * through which Heart 32a from the front to the back of the same assuming that the front side of the body of the

ι·; Patienten dem Sender 31 zugewendet ist. Im Unterschied zu dem engen Strahl am Ausgang eines akustischen Senders ii gemäß dem vorbekannten Ultraschall-Abbildungssystem nach der Beschreibung zur Fig. 1 ist das Muster der Ultraschall-Druckwellen-ι ·; Patient facing the transmitter 31. In the difference to the narrow beam at the exit of an acoustic transmitter ii according to the previously known Ultrasonic imaging system according to the description of FIG. 1 is the pattern of the ultrasonic pressure wave

2u front, welches durch den hier verwendeten einzelnen Sender 31 erzeugt wird, breit genug, um das gesamte untersuchte Objekt auszuleuchten. Daher werden bei dem Anwendungsfall einer medizinischen Untersuchung eines menschlichen Herzens 32a die Appertur2u front, which by the single used here Transmitter 31 is generated, wide enough to illuminate the entire examined object. Therefore, at the application of a medical examination of a human heart 32a, the aperture

:ϊ oder Öffnungsblende des Senders 31 und der Abstand des Senders vom Patienten so ausgewählt, daß man eine Ultraschall-Bestrahlung des gesamten Herzens durch die gepulsten Ultraschall-Signale, ausgesendet vom Sender 31, erhält. Die Ultraschall-Signale (Druckwellen): ϊ or aperture plate of the transmitter 31 and the distance of the transmitter selected by the patient in such a way that the entire heart can be irradiated with ultrasound the pulsed ultrasonic signals transmitted by the transmitter 31 receives. The ultrasonic signals (pressure waves)

jo in dem flüssigen Medium sind auftreffend oder inzident auf der vorderen Oberfläche des Körpers des Patientenjo in the liquid medium are striking or incident on the front surface of the patient's body

32 und durchsetzen den Körper des Patienten vollständig. An jeder akustischen Heterogenität oder Unregelmäßigkeit, d. h. an jeder Trennfläche zwischen zwei Medien mit verschiedenen akustischen Impedanzen im Innern des Patienten 32 und auch an der vorderen und rückwärtigen Oberfläche seines Körpers wird ein Ultraschall-Echosignal erzeugt, das von dort in viele Richtungen reflektiert wird. F i g. 3 veranschaulicht zwei von vielen möglichen Ultraschall-Reflektionen, welche an einem oberen Punkt des Herzens 32a in Folge eines vom Sender 31 abgegebenen auftreffenden Ultraschall-Signals erzeugt werden, auf die Detektoren32 and penetrate the patient's body completely. At any acoustic heterogeneity or Irregularity, d. H. at each interface between two media with different acoustic impedances inside the patient 32 and also on the front and rear surfaces of his body an ultrasonic echo signal is generated, which is reflected from there in many directions. F i g. 3 illustrates two of many possible ultrasound reflections that occur at an upper point of the heart 32a in succession an incident ultrasonic signal emitted by the transmitter 31 are generated on the detectors

33 mit Hilfe einer akustischen Linse 30 fokussiert oder abgebildet werden. Die Linse kann beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoffmaterial als Sammellinse hergestellt sein oder in einem anderen beispielhaften Fall kann sie doppelt-konvex sein. Die Detektoren 33 sind alle gleichzeitig ansprechend auf ein breites Muster einer Ultraschall-Druckwellenfront und empfangen daher die mit vielen Richtungen ausgestatteten Ultraschall-Reflektionen. Dabei empfängt jeder der Dciekiöfen UliraschaH-Signale nur von einem bestimmiten kleinen Bereich des Herzens infolge der Fokussierungswirkung der Linse 30. Der Abstand von der Linse zum Objekt 32a ist vorzugsweise größer als die doppelte Brennweite der Linse 30, so daß das an den Detektoren 33 abgebildete Objekt kleiner als das tatsächliche Objekt und umgekehrt ist Die einzelne Reihe von akustischen Detektoren 33 besitzt daher eine Gesamtlängenabmessung (in der vertikalen Richtung gemäß der Darstellung nach F i g. 3), welche wesentlich kleiner ist als die Höhe des Herzens 32a. In einem typischen Beispiel für die in der Ausführungsform nach der F i g. 3 verwendeten relativen Entfernungen beträgt der Abstand von der Linse 30 zum Objekt 32a das Doppelte des Abstandes von der Linse 30 zu den Detektoren 33. In diesem Falle ist es aus den33 can be focused or imaged with the aid of an acoustic lens 30. The lens can for example be made of be made of a suitable plastic material as a converging lens or in another exemplary manner Case it can be doubly convex. The detectors 33 are all responsive to a wide pattern at the same time an ultrasonic pressure wave front and therefore receive those endowed with many directions Ultrasonic reflections. Each of the Dciekiöfen receives UliraschaH signals from only one specific one small area of the heart due to the focusing action of lens 30. The distance from the lens to object 32a is preferably greater than twice the focal length of lens 30, so that the Detectors 33 imaged object is smaller than the actual object and vice versa The individual Row of acoustic detectors 33 therefore has an overall length dimension (in the vertical direction as shown in FIG. 3), which is much smaller than the height of the heart 32a. In one typical example of the in the embodiment according to FIG. 3 relative distances used the distance from lens 30 to object 32a is twice the distance from lens 30 to the Detectors 33. In this case it is from the

Lichtbrechungseigenschaften von Linsen ersichtlich, daß die Abbildung auf den Detektoren 33 nur die halbe Höhe des Objektes 32a besitzt.Refraction properties of lenses can be seen that the image on the detectors 33 is only half Has the height of the object 32a.

Die Vielzahl von akustischen Detektoren 33 sind in einem geringen Abstand zueinander angebracht. Die Auflösung des erfaßten Abbildes in Richtung der K-Achse (vertikal) (s. F i g. 4), welche der vertikalen Achse der Reihe von Detektoren gemäß F i g. 3 entspricht, kann durch eine Erhöhung der Zahl der Detektoren in der Reihe verbessert werden, ohne die Gesamthöhe der Reihe zu vergrößern, d. h. durch Verminderung des Abstandes zwischen benachbarten Detektoren. Als typisches Beispiel können 20 bis 100 akustische Detektoren verwendet werden. Da jedoch gemäß der nachstehenden Beschreibung die Detektoren und die zugeordneten Verstärker durch Verfahren der integrierten Schaliungslechnik hergesieül werden können, sind die Kosten für jeden Detektor-Verstärker relativ gering und es ist wirtschaftlich tragbar, in einer einzigen Reihe 200 oder sogar 1000 Detektoren zu verwenden. Die akustischen Detektoren und der Sender können jeweils eine Abmessung in der Größenordnung von etwa 1,6 mm (Vi6 Zoll) Durchmesser besitzen, um eine Charakteristik für ein breites Druckwellenfront-Verteilungsmuster zu erhalten. Es ist offensichtlich kein Grund dafür vorhanden, die akustischen Detektoren enger als λ/2 anzuordnen, wobei λ die Wellenlänge der Ultraschallwelle in dem flüssigen Medium ist.The plurality of acoustic detectors 33 are arranged at a small distance from one another. the Resolution of the captured image in the direction of the K-axis (vertical) (see FIG. 4), which of the vertical Axis of the row of detectors according to FIG. 3 can be achieved by increasing the number of Detectors in the row can be improved without increasing the overall height of the row; H. by Reduction of the distance between neighboring detectors. As a typical example, 20 to 100 acoustic detectors are used. However, as described below, the detectors and the assigned amplifiers can be produced using integrated formwork technology, the cost of each detector amplifier is relatively low and it is economically portable to use in one single row 200 or even 1000 detectors to use. The acoustic detectors and the transmitter can each be on the order of about 1.6 mm (Vi6 inches) in diameter a characteristic for a broad pressure wave front distribution pattern to obtain. There is obviously no need for the acoustic detectors closer than λ / 2, where λ is the wavelength of the ultrasonic wave in the liquid medium.

F i g. 4 zeigt die visuelle Anzeige, wie sie auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre erhalten wird. Dabei ist hier die Abszisse als die Z-Achse definiert und stellt den Abstand oder die Entfernung vom Sender 31 zum Gegenstand 32 dar .(d. h. diese Achse entspricht der Mittelachse für die Fortpflanzung der Ultraschallwelle vom akustischen Sender 31 zum Herzen 32). Die Ordinate ist als V-Achse bezeichnet und entspricht der Nummer der Abtastzeile der Kathodenstrahlanzeige (d. h. ein Fortschreiten entlang der V-Achse entspricht einem Fortschreiten entlang der Achse der Reihe von akustischen Detektoren 33). Gemäß der nachstehend im Zusammenhang mit der F i g. 5 gegebenen Beschreibung werden geeignete Gatter- oder Torsteuerungseinrichtungen verwendet, um die Verstärker, welche den akustischen Detektoren zugeordnet sind, zu gewünschten Zeitpunkten ein- und auszuschalten und dadurch die Tiefe des Feldes zu definieren, das im Innern des Objektes 32 untersucht wird. Eine richtige Gattersteuerung der Verstärker liefert daher eine visuelle Anzeige nur für das Herz 32a oder einen Teil desselben auf einer Kathodenstrahlröhre oder einer anderen geeigneten visuellen Anzeige- oder Abbildungseinrichtung. Die Anzeige oder Abbildung enthält dabei jegliche akustische Hetcrogcnitätcn irr· Innern des Herzens, beispielsweise die durch Herzventile, Arterien usw. gebildeten Heterogenitäten. Jede horizontale Durchlauf- oder Abtastlinie oder Zeile auf der Anzeige kann daher einen oder mehrere Lichtpunkte enthalten, welche jeweils ein Echosignal darstellen, das im Innern der definierten Feldtiefe im Innern des Herzens 32a durch einen bestimmten Detektor der Detektoren 33 erfaßt worden istF i g. Figure 4 shows the visual display as obtained on the screen of a cathode ray tube. Included Here the abscissa is defined as the Z-axis and represents the distance or the distance from the transmitter 31 to the Item 32 (i.e. this axis corresponds to the central axis for the propagation of the ultrasonic wave from acoustic transmitter 31 to heart 32). The ordinate is designated as the V-axis and corresponds to Cathode ray display scan line number (i.e., corresponds to advancing along the V-axis advancing along the axis of the row of acoustic detectors 33). According to the following in Connection with the F i g. 5 are suitable gate control devices used to desired the amplifiers associated with the acoustic detectors Turning times on and off and thereby defining the depth of the field that is inside the Object 32 is examined. Proper gating of the amplifiers therefore provides a visual indication only for heart 32a or part thereof on a cathode ray tube or other suitable visual display or imaging device. The display or image contains any acoustic Hetcrogcnities inside the heart, for example the heterogeneities formed by heart valves, arteries, etc. Any horizontal pass or The scan line or line on the display can therefore contain one or more points of light, each representing a Represent echo signal that is inside the defined Depth of field in the interior of the heart 32a has been detected by a certain detector of the detectors 33 is

F i g. 5 zeigt in Blockschaltbildform die elektronische Schaltungsanordnung, welche dem akustischen Sender 31 und den akustischen Detektoren 33 zugeordnet ist Eine typische Betriebsweise des Gerätes wird nachstehend erläutert, wobei besonders auf die Funktion der einzelnen Komponenten Bezug genommen wird. Es wird angenommen, daß sich der akustische Sender 31 in einem Abstand von 50 cm von der vorderen Oberfläche des Körpers 32 des Patienten befindet und die Reihe von akustischen Detektoren 33 aus 100 Detektoren besteht, die in einem Abstand von 150 cm von der vorderen Oberfläche des Körpers 32 des Patienten angebracht sind. Ein Synchronisationsgenerator 50 erzeugt periodisch Spannungsimpulse mit kurzer Dauer, welche die Zeitpunkte (Zeitdauer) der Ultraschall-Abstrahlung von dem piezoelektrischen Kristall desF i g. 5 shows in block diagram form the electronic circuitry which the acoustic transmitter 31 and acoustic detectors 33. A typical operation of the device will be described below explained, with particular reference to the function of the individual components. It it is assumed that the acoustic transmitter 31 is in a distance of 50 cm from the front surface of the patient's body 32 and the row of acoustic detectors 33 consists of 100 detectors located at a distance of 150 cm from the are attached to the front surface of the patient's body 32. A synchronization generator 50 periodically generates voltage pulses with a short duration, which indicate the points in time (duration) of the ultrasound emission from the piezoelectric crystal of the

ίο akustischen Senders oder Transmitters 31 steuern. Daher kann der Synchronisationsgenerator 50 als eine Komponente bezeichnet werden, welche periodische Impulse erzeugt, die den Bezugszeitpunkt Null für den Betrieb des Gerätes festlegen. Die Dauer der Ausgangsimpulse des Synchronisationsgenerators 50 kann in der Größenordnung von einer Mikrosekunde liegen und der Impuls wird periodisch etwa alle 10 Millisekunden wiederholt; dieser Zeitraum entspricht der Zeitdauer zur Erzeugung eines vollständigen Bildes, d. h. einer kompletten Wiedergabe Zeile um Zeile auf der Kathodenstrahlröhre oder einer anderen geeigneten visuellen Anzeigeeinrichtung mit Reiheneingang. Der Zeitraum von 10 Millisekunden ist auch der Zeitraum, welcher zum Abklingen akustischer Schwingungen in dem Tank mit der Flüssigkeit und den verschiedenen Komponenten des Gerätes benötigt wird. Nötigenfalls kann jedoch das Zeitintervall von 10 Millisekunden verkürzt werden durch Verwendung einer komplizierteren und kostspieligeren elektronischen Schaltungsan-Ordnung. Für die meisten Anwendungsfälle erscheint es jedoch als nicht erforderlich, ein einziges Informationsbild schneller auszulesen als der akustischen Nachschwingzeit des Tanks entspricht.
Da ein vollständiges Bild der Information inίο control acoustic transmitter or transmitter 31. Therefore, the synchronization generator 50 can be referred to as a component which generates periodic pulses which establish the reference time zero for the operation of the device. The duration of the output pulses of the synchronization generator 50 can be on the order of a microsecond and the pulse is repeated periodically about every 10 milliseconds; this period corresponds to the period of time for generating a complete picture, ie a complete display line by line on the cathode ray tube or other suitable visual display device with line input. The period of 10 milliseconds is also the period of time which is required for acoustic vibrations to subside in the tank with the liquid and the various components of the device. However, if necessary, the 10 millisecond time interval can be shortened by using more complicated and expensive electronic circuitry. For most applications, however, it does not appear necessary to read out a single information image faster than the acoustic post-oscillation time of the tank.
As a complete picture of the information in

js 10 Millisekunden erzeugt werden kann, kann diese vollständige Bildverarbeitung mit einer Geschwindigkeit von 100 Bildern pro Sekunde wiederholt werden. Hierdurch kann jedoch ein Objekt wie das menschliche Herz mit einer Bewegung auf einer konventionellen Kathodenstrahlröhre 10 betrachtet werden und die Anzeige oder Wiedergabe ist ähnlich einem sich bewegenden Bild auf einem konventionellen Fernsehschirm. Eine Mindestbildfolgefrequenz von 15 Bildern pro Sekunde wird empfohlen, da unterhalb einer Folgefrequenz von 15 Bildern pro Sekunde die Flackereffekte der visuellen Anzeige für das menschliche Auge unangenehm werden. Eine fotografische Filmaufzeichnung der Bewegung des Objektes kann dadurch erhalten werden, daß eine konventionelle Filmkamera mit der Folgefrequenz der Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre synchronisiert wird.
Der Synchronisationsgenerator 50 erzeugt daherjs 10 milliseconds can be generated, this complete image processing can be repeated at a speed of 100 images per second. However, this allows an object such as the human heart to be viewed with one movement on a conventional cathode ray tube 10 and the display or reproduction is similar to a moving picture on a conventional television screen. A minimum frame rate of 15 frames per second is recommended, since below a frame rate of 15 frames per second the flicker effects of the visual display become unpleasant for the human eye. A photographic film record of the movement of the object can be obtained by synchronizing a conventional film camera with the repetition rate of the display on the cathode ray tube.
The synchronization generator 50 therefore generates

Folgefrequenz von etwa einem Impuls alle 10 Millisekünden. Das Ausgangssignal des Synchronisationsgenerators 50 bewirkt eine Triggerung oder Durchsteuerung eines Hochfrequenzoszillators (RF-Oszillator) (burst generator) 51, wodurch eine periodische Erzeugung eines kurzen Burst (Impulspaket) eines Hochfrequenzsignals erhalten wird; für dieses Beispiel wird angenommen, daß das Hochfrequenzsignal eine Frequenz von 2£ MHz besitzt Der Ultraschallbereich ist definiert mit den Grenzen von 1 bis 10 MHz. Unter der Annahme der Erzeugung eines Burst von fünf Perioden in dem HF-Oszillator 51 für jeden am Eingang erscheinenden Synchronisationsimpuls wird eine solche Impulsfolge von 5 Perioden dem piezoelektrischen Senderkristall 31 zugeführt und in ein periodisches gepulstes Ultraschall-Repetition rate of about one pulse every 10 milliseconds. The output signal of the synchronization generator 50 causes triggering or full control a high frequency oscillator (RF oscillator) (burst generator) 51, whereby a periodic generation of a short burst (pulse packet) of a high frequency signal is obtained; for this example it is assumed that the high frequency signal has a frequency of 2 MHz. The ultrasonic range is defined with the limits of 1 to 10 MHz. Assuming the generation of a burst of five periods in the HF oscillator 51 for each synchronization pulse appearing at the input becomes such a pulse train of 5 periods fed to the piezoelectric transmitter crystal 31 and converted into a periodic pulsed ultrasound

Druckwellensignal mit einer Frequenz von 2,5 MHz und einer Dauer von zwei Mikrcsekunden umgewandelt Da sich der Schall in Wasser oder Fleisch mit einer Geschwindigkeit von etwa 1500 m pro Sekunde fortpflanzt, beträgt die Wellenlänge jedes Ultraschallimpulses 0,6 mm und die räumliche Länge oder Ausdehnung der periodischen, fünf Impulse enthaltenden Folge von Ultraschalldruckwellen ist daher in Wasser 3,0 mm. Diese Ultraschall-Impulsfolge mit einer Länge von 3 mm benötigt 330 Mikrosekunden bis zur ι ο Ankunft an der vorderen Oberfläche des Körpers des Patienten und es werden weitere 1000 Mikrosekunden benötigt bis zum Beginn des Eintreffens von Echosignalen an den akustischen Empfängern 33, da die Entfernung vom Patienten zu den Detektoren das Dreifache der Entfernung vom Patienten zu dem akustischen Sender beträgt Daher treffen die interessierenden Ultraschall-Echosignale an den Detektoren zu einem Zeitpunkt etwa 1330 Mikrosekunden nach dem Nullbezugszeitpunkt ein, welcher durch den Synchroni- 2« sationsgenerator festgelegt wurde. Nach einem Zeitraum von 1330 Mikrosekunden nach der Erzeugung jedes periodischen Synchronisationsimpulses (Nullbezugszeit) werden die 100 gleichzeitig ansprechenden Detektor-Verstärker 52, welche mit den Ausgängen ihrer zugeordneten akustischen Detektoren 33 verbunden sind, mit Hilfe eines Einschaltsignals zugeschaltet, das periodisch im Innern des Impulsgenerators 53 für die Bereichssteuerung bei Vorhandensein des periodischen Synchronisationsimpulses erzeugt wird. Zur Einsparung von Kosten und des erforderlichen Raumbedarfs werden die akustischen Detektoren 33 und die zugeordneten Verstärker 52 gemäß den Methoden der Technik für integrierte Schaltungen hergestellt und können auf einem einzigen Träger- oder Substratteil ausgebildet werden. Der Abstand zwischen benachbarten Detektoren kann verkleinert werden bis zur halben Wellenlänge der Senderfrequenz gemäß den obigen Ausführungen und im Falle eines Hochfrequenzoszillators 51, welcher bei 0,5 MHz betrieben wird, beträgt 4» dieser Abstand entsprechend der halben Wellenlänge 0,3 mm.Pressure wave signal with a frequency of 2.5 MHz and a duration of two microseconds converted. Since sound propagates in water or meat at a speed of about 1500 m per second, the wavelength of each ultrasonic pulse is 0.6 mm and the spatial length or extent the periodic sequence of ultrasonic pressure waves containing five pulses is therefore 3.0 mm in water. This ultrasound pulse train with a length of 3 mm takes 330 microseconds to arrive at the front surface of the patient's body and another 1000 microseconds are required for echo signals to begin to arrive at the acoustic receivers 33, since the distance from patient to the detectors is three times the distance from the patient to the acoustic transmitter is therefore meet the interest ultrasound echo signals at the detectors at a time about 1330 microseconds after the zero reference point of time a, which has been set sationsgenerator by the synchro- 2 ". After a period of 1330 microseconds after the generation of each periodic synchronization pulse (zero reference time), the 100 simultaneously responding detector amplifiers 52, which are connected to the outputs of their assigned acoustic detectors 33, are switched on with the aid of a switch-on signal that is periodically inside the pulse generator 53 is generated for the range control in the presence of the periodic synchronization pulse. In order to save costs and the required space, the acoustic detectors 33 and the associated amplifiers 52 are manufactured according to the methods of the art for integrated circuits and can be formed on a single carrier or substrate part. The distance between adjacent detectors can be reduced to half the wavelength of the transmitter frequency according to the above statements and in the case of a high-frequency oscillator 51 which is operated at 0.5 MHz, this distance is 4 », corresponding to half the wavelength 0.3 mm.

Bei einer Sendefrequenz von 10 MHz würde ein solcher Abstand gemäß der halben Wellenlänge 0,08 mm betragen.With a transmission frequency of 10 MHz, such a distance would be half the wavelength 0.08 mm.

Die periodischen Einschaltsignale von dem Impulsgenerator 53 für die Bereichssteuerung werden jeweils zweiten Eingängen an jedem der 100 Verstärker 52 zugeführt, welche den 100 akustischen Detektoren 33 zugeordnet sind. Sie schalten dann diese Verstärker ein, so daß man eine Verstärkung der Niederspanrungssignale erhält, welche in den akustischen Detektoren 33 bei Vorhandensein der erfaßten Ultraschall-Echosignale erzeugt worden sind. Die Ausgänge der Vielzahl der Detektor-Verstärkerkombinationen 52 sind mit den Eingängen einer gleichen Vielzahl von geeigneten Gedächtnisspeicherelementen 54 verbunden, um eine zeitweilige Speicherung der verstärkten elektrischen Signale zu erhalten, die ihrerseits den Ultraschall-Echosignalen in der erwünschten Feldtiefe entsprechen, wie w> sie durch den Impulsgenerator 33 zur Bereichssteuerung festgelegt ist. Das periodische Einschalten der Verstärker 52 bewirkt daher auch, daß die erfaßten Echosignale von jedem der Detektoren 33 in entsprechender Weise periodisch parallel in einer entsprechenden Anzahl von <>5 Gedächtnisspeicherelementen 54 gespeichert werden. Die Gedächtnisspeicherkomponenten können elektronische Halbleitergedächtnisspeicher sein, oder ein Videoaufzeichnungsband oder eine rotierende magnetische Scheibe. Dies sind jedoch nur drei typische Beispiele für mögliche Gedächtnisspeicher. Der Zweck der zeitweiligen Signalspeicherung in den Gedächtnisspeicherelementen 54 besteht darin, eine geeignete Zeitverzögerung zu erhalten, so daß die parallel gespeisten Gedächtnisspeicherelemente in Serie ausgelesen werden können und hierdurch eine konventionelle Kathodenstrahlröhre 10 oder eine andere geeignete visuelle Anzeigeeinrichtung mit Serieneingang verwendet werden kann, um darauf die visuelle Wiedergabe der Ultraschall-Echosignale zu erzeugen.The periodic switch-on signals from the pulse generator 53 for range control are respectively second inputs to each of the 100 amplifiers 52, which the 100 acoustic detectors 33 assigned. You then turn on these amplifiers, so that you get an amplification of the low voltage signals receives which in the acoustic detectors 33 in the presence of the detected ultrasonic echo signals have been generated. The outputs of the plurality of detector-amplifier combinations 52 are with the Inputs of a same plurality of suitable memory storage elements 54 connected to a to obtain temporary storage of the amplified electrical signals, which in turn are the ultrasonic echo signals correspond in the desired depth of field, as w> by the pulse generator 33 for range control is fixed. The periodic switching on of the amplifier 52 therefore also causes the detected echo signals from each of the detectors 33 in a corresponding manner periodically in parallel in a corresponding number of <> 5 Memory storage elements 54 are stored. The memory storage components can be electronic Semiconductor memory storage, or a video recording tape, or a rotating magnetic one Disc. However, these are just three typical examples of possible memory memories. The purpose the temporary storage of signals in the memory storage elements 54 consists in a suitable To obtain time delay, so that the memory storage elements fed in parallel are read out in series can be and thereby a conventional cathode ray tube 10 or another suitable one Visual display device with serial input can be used to display the visual display of the Generate ultrasonic echo signals.

An den vorerwähnten Gedächtnisspeicherelementen 54 ist eine gleiche Zahl von Ausgängen enthalten wie die Anzahl der Vielzahl von akustischen Detektoren. Der Aufwand an Verdrahtung zur Zwischenverbindung zwischen den Verstärkern 52 und der visuellen Anzeigeeinrichtung 10 kann dadurch auf ein Minimum gebracht werden, daß an den Ausgängen der Verstärker 52 ein Multiplexnetzwerk verwendet wird, um auf diese Weise einen einzigen Ausgang zur Speisung des Serieneingangs der Kathodenstrahlröhre 10 zu erhalten. Das Multiplexnetzwerk enthält eine Vielzahl von konventionellen elektronischen Abtast- und Halteschaliungen, wobei die Eingänge dieser Schaltungen mit den Ausgängen der zugeordneten Verstärker 52 in einer Weise ähnlich den Gedächtnisspeicherelementen 54 verbunden sind. Die Abtast- und Halteschaltungen ergeben eine Abtastung der Ausgänge der Verstärker 52 und eine zeitweilige Speicherung diese' Daten während eines bekannten Zeitintervalls. Ein Schieberegister oder eine andere geeignete sequentielle Schaltereinheit tastet in Sequenz die Ausgänge dieser Schaltungen für Probenahme und Halten (sample and notch circuit) ab und liefert die Ausgangssignale in Serie über eine einzige Ausgangsleitung zur Kathodenstrahlröhre 10. Der Betrieb der sequentiellen Schaltereinheit wird durch den Impulsgenerator 53 für die Bereichssteuerung in ähnlicher Weise ausgelöst wie die sequentielle Auslesung 55 und ergibt auch die Durchlauf- oder Zeilensynchronisation für die Kathodenstrahlröhre 10.The aforementioned memory storage elements 54 contain the same number of outputs as that Number of variety of acoustic detectors. The amount of wiring to the interconnection between the amplifiers 52 and the visual display device 10 can thereby be reduced to a minimum be brought that at the outputs of the amplifier 52 a multiplex network is used to this Way to obtain a single output for feeding the serial input of the cathode ray tube 10. The multiplex network contains a large number of conventional electronic sample and hold circuits, the inputs of these circuits with the outputs of the associated amplifier 52 in one In a manner similar to the memory storage elements 54 are connected. The sample and hold circuits result in sampling the outputs of amplifiers 52 and temporarily storing that data during a known time interval. A shift register or other suitable sequential switch unit probes in sequence the outputs of these circuits for sampling and holding (sample and notch circuit) and provides the output signals in series over a single output line to the cathode ray tube 10. The operation of the sequential switch unit is triggered by the pulse generator 53 for range control in a manner similar to that of FIG sequential readout 55 and also provides the pass or line synchronization for the cathode ray tube 10.

Es sei angenommen, daß der interessierende Bereich im Körper des Patienten 32 eine Feldtiefe von 7,5 cm besitzt. Dies macht es erforderlich, daß die Gedächtnisspeicherelemente Ultraschall-Echosignale für eine Einleseperiode von 100 Mikrosckunden annehmen und speichern. Da dieser Zeitraum von 100 Mikrosekunden das 50fache der Ultraschall-Impulslänge mit einer Zeitdauer von 2 Mikrosekunden beträgt, erhält man 50 Auflösungselemente in horizontaler Richtung (d. h. gemäß dem Tiefenbereich) auf der Anzeige der Kathodenstrahlröhre. Es wird weiterhin angenommen, daß für die Grauskala 3 Bits pro Bildelement verwendet werden. Daher beträgt die Gesamtzahl der benötigten Bits für die Signalspeicherung pro Detektor und pro Impuls 150. Dies kann jedoch mit bereits vorhandenen Halbleitergedächtnisspeichern mit geringen Kosten erreicht werden.Assume that the area of interest in the patient 32 has a depth of field of 7.5 cm owns. This makes it necessary that the memory storage elements ultrasonic echo signals for a reading period of 100 microseconds and save. Because this period of 100 microseconds 50 times the ultrasonic pulse length with a duration of 2 microseconds is obtained 50 resolution elements in the horizontal direction (i.e. according to the depth range) on the display of the Cathode ray tube. It is further assumed that 3 bits per picture element are used for the gray scale will. Therefore, the total number of bits required for signal storage is per detector and per Pulse 150. However, this can be done at low cost with already existing semiconductor memory memories can be achieved.

Nach diesem Zeitintervall von 100 Mikrosekunden für die Einlesezeit werden die Verstärker 52 ausgeschaltet (funktionsunfähig gemacht), und zwar mit Hilfe eines periodischen Abschaltsignals, welches in dem Impulsgenerator 53 für die Bereichssteuerung erzeugt wird. Dieses Abschaltsignal löst auch den Betrieb einer sequentiellen Ausleseschaltung 55 aus. Diese besitzt einen ersten Ausgang, welcher an die Gedächtnisspeicherelemente 54 sequentielle Auslesesignale liefert.After this time interval of 100 microseconds for the read-in time, the amplifiers 52 are switched off (made inoperable), with the help of a periodic switch-off signal, which in the pulse generator 53 is generated for area control. This shutdown signal also triggers the operation of a sequential readout circuit 55 from. This has a first output, which is to the memory storage elements 54 delivers sequential readout signals.

Weiterhin besitzt sie einen zweiten Ausgang zur Synchronisation des Durchlaufs oder der Zeilenabtastung auf der Kathodenstrahlröhre mit der Auslösung des Gedächtnisspeichers. Daher werden die Ultraschall-Echosignale in elektrischer Form gleichzeitig parallel in den Gedächtnisspeicherelimenten 54 gespeichert und dann in Sequenz oder in Serie ausgelesen. Das Auslesen der Intensität aus den Gedächtnisspeichern bewirkt eine Modulation der Zeilenabtastlinien auf der Kathodenstrahlröhre, um hierdurch die Abbildung zu erhalten. Die gespeicherte Information kann aus dem Gedächtnisspeicher mit der gleichen Frequenz ausgelesen werden, in der sie eingespeist wurde, und es wird daher eine Zeit von 10 Millisekunden benötigt, um ein vollständiges Bild auf der Anzeige der Kathodenstrahlröhre zu erhalten. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann jedoch die Auslösung und Anzeige nötigenfalls dadurch mit einer schnelleren Frequenz ausgeführt werden, daß eine stärker komplizierte und kostspieligere elektronische Schaltungsanordnung verwendet wird. Die optische Wiedergabe auf der Kathodenstrahlröhre besitzt den Vorteil, eine direkte und kontinuierliche (soweit dies das menschliche Auge betrifft) Beobachtung des untersuchten Objektes zu liefern und besitzt weiterhin eine hohe Auflösung infolge des engen Abstandes der Detektoren 33 und der Zeitbereichsdiskriminierung der reflektierten Echosignale.It also has a second output for synchronizing the cycle or the line scan on the cathode ray tube with the triggering of the memory memory. Therefore, the ultrasonic echo signals simultaneously stored in electrical form in parallel in the memory storage elements 54 and then read out in sequence or in series. Reading the intensity from the memory memory causes a Modulation of the scan lines on the cathode ray tube to thereby obtain the image. The stored information can be read out from the memory memory at the same frequency in which it was fed in, and it therefore takes 10 milliseconds to generate a to get full picture on the cathode ray tube display. As mentioned above, can however, the triggering and display, if necessary, can be carried out at a faster frequency in that more complicated and expensive electronic circuitry is used. The optical one Playback on the cathode ray tube has the advantage of being direct and continuous (as far as this affects the human eye) and continues to provide observation of the examined object a high resolution due to the close spacing of the detectors 33 and the time domain discrimination of the reflected echo signals.

Für alle vorstehend beschriebenen elektronischen Schaltungen können konventionelle Schaltungsanordnungen verwendet werden. Der Impulsgenerator 53 für die Bereichssteuerung besteht aus einem Generator mit variabler Verzögerung, welcher durch den Synchronisationsimpuls vom Synchronisierungsgenerator 50 durchgesteuert oder getriggert wird. Das Ausgangssignal dieses Generators mit variabler Verzögerung ist ein verzögerter Triggerimpuls, welcher eine vorbestimmte Verzögerung bezüglich des Synchronisationsimpulses besitzt, wobei diese Verzögerung mit Hilfe eines Einstellelementes 53a eingestellt werden kann. Dieser verzögerte Triggerimpuls wird einem Gatterimpulsgenerator zugeführt. Dieser erzeugt einen Impuls mit einer Vorderflanke in zeitlicher Koinzidenz mit der Vorderflanke des verzögerten Impulses und besitzt eine Impulsdauer gleich der Einschaltzeit der Verstärker 52. Die Zeitdauer des Gatterimpulses kann mit Hilfe eines Einstellelementes 53£> eingestellt werden und bestimmt die Tiefe des betrachteten Feldes in dem untersuchten Objekt. Daher macht dieser in der Komponente 53 erzeugte periodische Impuls die Verstärker 52 nach einem ersten vorbestimmten Zeitintervall nach einer periodisch auftretenden Nullbezugszeit betriebsfähig und hält die Betriebsfähigkeit der Verstärker während eines zweiten vorbestimmten Zeitintervalls aufrecht. Diese sequentielle Auslesung 55 kann durch ein Schieberegister erfolgen, bei dem eine Vielzahl von Ausgängen mit den Signalspeicherelementen 54 verbunden ist. Hierdurch wird sowohl die sequentielle Auslesung derselben als auch die Synchronisierung des Beginns jedes Durchlaufs oder jeder Zeile auf der Kathodenstrahlröhre mit der Auslesung erhalten.For all of the electronic circuits described above, conventional circuit arrangements be used. The pulse generator 53 for range control consists of a generator with variable delay, which is controlled by the synchronization pulse from the synchronization generator 50 or is triggered. The output of this variable delay generator is a delayed trigger pulse, which is a predetermined delay with respect to the synchronization pulse which delay can be adjusted with the aid of an adjusting element 53a. This delayed trigger pulse is fed to a gate pulse generator. This generates an impulse with a leading edge in temporal coincidence with the leading edge of the delayed pulse and has a Pulse duration equal to the switch-on time of the amplifier 52. The duration of the gate pulse can be determined with the aid of a Adjustment element 53 £> can be set and determined the depth of the considered field in the examined object. Therefore, it does this in component 53 generated periodic pulse the amplifier 52 after a first predetermined time interval after a periodically occurring zero reference time and keeps the amplifier operational of a second predetermined time interval. This sequential readout 55 can by a Shift registers take place in which a multiplicity of outputs are connected to the signal storage elements 54 is. This enables both the sequential readout of the same and the synchronization of the Get the start of each pass or line on the cathode ray tube with the readout.

Das gesamte Gerät einschließlich der gesamten elektronischen Schaltung und der Ultraschall-Abbildungskomponenten kann in dem Tank befestigt werden, in dem sich das flüssige Medium befindet, in dem wiederum die Ultraschall-Energiewellen entstehen. Eine Ausnahme bildet hierbei die Kathodenstrahlröhre 10 (oüei eine andere geeignete visuelle Wiedergabeeinrichtung), welche vorzugsweise außerhalb des Tanks angeordnet wird. Alternativ werden nur der akustische Sender 31, die Linse 30 und die Detektorverstärkerkomponenten im Innern des Tanks befestigt, und die elektronische Schaltungsanordnung wird außerhalb desselben angeordnet Geeignete Befestigungsmittel werden in dem Tank vorgesehen, um den Sender 31, die Linse 30 und die Detektoren 33 in der richtigen räumlichen Ausrichtung zueinander zu halten.All of the equipment including all of the electronic circuitry and ultrasound imaging components can be fixed in the tank in which the liquid medium is located, in which in turn, the ultrasonic energy waves are created. The cathode ray tube 10 is an exception here (or another suitable visual display device), which is preferably arranged outside the tank. Alternatively, only the acoustic Transmitter 31, lens 30 and detector amplifier components attached inside the tank, and the electronic circuitry is placed outside the same. Appropriate fastening means are provided in the tank to the transmitter 31, the lens 30 and the detectors 33 in the correct to keep spatial alignment to each other.

Die räumliche Auflösung in der Richtung der Z-AchseThe spatial resolution in the direction of the Z-axis

ίο (Tiefenbereich) kann dadurch verbessert werden, daß eine höhere Frequenz für die Hochfrequenzanregung des SenderkristaUs 31 verwendet wird. So wird beispielsweise bei einer Frequenz von 10 MHz ein Impuls mit 5 Perioden die räumliche Auflösung in Z-Richtung auf einen Wert von 038 mm erhöhen. Für die gleiche Tiefe des Gesichtsfeldes von 7,5 cm werden dann 200 Abbildungs(Auflösungs)-elemente in der Richtung des horizontal liegenden Tiefenbereiches (Z-Achse) erhalten. Es wird daher das Vierfache an Gedächtnisspeicherung gegenüber dem ersten Beispiel mit lediglich 50 Auflösungselementen in der Z-Achse benötigt Die Tiefe des in dem Gegenstand untersuchten Feldes kann vergrößert werden durch richtige Einstellung des Einstellelementes 53i>. Hierdurch werden dieίο (depth range) can be improved by a higher frequency is used for the high-frequency excitation of the transmitter crystal 31. So will for example at a frequency of 10 MHz a pulse with 5 periods the spatial resolution in Increase the Z direction to a value of 038 mm. For the same depth of field of view of 7.5 cm will then have 200 imaging (resolution) elements in the Direction of the horizontally lying depth range (Z-axis) obtained. It will therefore be four times as much Memory storage compared to the first example with only 50 resolution elements in the Z-axis The depth of the field examined in the object can be increased by correct setting of the setting element 53i>. This will make the

:; Verstärker 52 für eine längere Zeitdauer eingeschaltet Entsprechend muß dabei die Gedächtnisspeicherkapazität bis zu demjenigen Punkt vergrößert werden, bei dem keine weitere Steigerung mehr möglich ist und an dem ein Problem der Tiefenschärfe auftritt, wobei dann:; Amplifier 52 turned on for an extended period of time Accordingly, the memory storage capacity must be increased up to the point at where no further increase is possible and where there is a problem of depth of field, in which case

3d der vollständige ebene Schnitt durch den Gegenstand nicht mehr auf der einzelnen Reihe von Detektoren fokussiert werden kann. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann die Auflösung der Wiedergabe in V-Richtung dadurch verbessert werden, daß in der3d the complete plane section through the object can no longer be focused on the individual row of detectors. As above carried out, the resolution of the display in the V-direction can be improved by that in the

υ Reihe weitere Detektoren zugefügt werden. Das heißt, die Detektoren werden enger aneinander angeordnet, wobei der Abstand bis zu dem Grenzwert der Hälfte der Wellenlänge für die Signalfortpflanzung in der Flüssigkeit vermindert werden kann.υ series of additional detectors can be added. This means, the detectors are placed closer together, the distance up to the limit of half the Wavelength for signal propagation in the liquid can be reduced.

4» F i g. 6 zeigt eine zweite und bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Hierbei wird eine reflektierende Optik zur Fokussierung des Ultraschallbildes auf die einzige Reihe von gleichzeitig ansprechenden Detektoren verwendet anstelle der in der Form nach F i g. 34 »F i g. 6 shows a second and preferred embodiment of the invention. This is a reflective Optics for focusing the ultrasound image on the only row of simultaneously responding detectors used instead of in the form of FIG. 3

■Ti verwendeten Refraktionsoptik. Insbesondere wird in der Ausführungsform nach Fig. 6 ein konkaver akustischer Reflektor 60 verwendet, welcher in Ausrichtung mit der Mitte der Reihe von Detektoren 33 und dem akustischen Sender 31 an dem vom■ Ti used refraction optics. In particular, in the embodiment of FIG. 6 uses a concave acoustic reflector 60, which in FIG Alignment with the center of the array of detectors 33 and the acoustic transmitter 31 on that dated

""' untersuchten Patienten entfernten Ende des Tanks angebracht wird. Der Reflektor 60 ist aus einem geeigneten Metall geformt, beispielsweise aus Stahl, und ist mit der gewünschten konkav gekrümmten Oberfläche ausgestattet. Die einzige Reihe von Detektoren 33"" 'examined patient far end of the tank is attached. The reflector 60 is formed from a suitable metal, such as steel, and is equipped with the desired concave curved surface. The only row of detectors 33

·'' ist in einem Abstand vom Reflektor 60 angebracht, welcher typischerweise etwa dem 1,5fachen der Brennweite des Reflektors entspricht. Sie ist auch noch in dem Mittenpunkt zwischen dem Reflektor 60 und dem Objekt 32 angeordnet, so daß das auf den'' Is attached at a distance from reflector 60, which typically corresponds to about 1.5 times the focal length of the reflector. She is also still arranged in the middle point between the reflector 60 and the object 32, so that the

w Detektoren 33 nach Reflektion am Reflektor 60 abgebildete Ultraschall-Objekt die halbe Höhe des tatsächlichen Gegenstandes besitzt, wie dies für das typische Beispiel im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 3 ausgeführt ist Der akustische ■ Sender 31 wird zwischen der einzigen Reihe von Detektoren 33 und dem Patienten angeordnet und die Ultraschall-Ausgangsleistung des Senders ist wie in dem Fall der Ausführungsform gemäß Fig. 3 auf denw detectors 33 after reflection on reflector 60 imaged ultrasonic object half the height of the actual subject matter, as does the typical example related to the embodiment according to Fig. 3 is carried out The acoustic ■ transmitter 31 is between the single row of Detectors 33 and the patient are arranged and the ultrasonic output power of the transmitter is as in that Case of the embodiment according to FIG. 3 on the

Patienten gerichtet Die Ausführungsform nach F i g. 6 wird hauptsächlich deswegen gegenüber der Ausführungsform nach F i g. 3 bevorzugt, weil eine akustische Linse in der Herstellung schwieriger ist und bei den Ultraschall-Frequenzen unerwünschte Reflektionsverluste aufweisen kann. Das im Zusammenhang mit den Fig.3 und 5 beschriebene bestimmte Beispiel der Arbeitsweise und Leistung des Gerätes ist auch gültig für die Ausführungsform nach den F i g. 6 und 7.Patient directed The embodiment according to FIG. Fig. 6 is mainly therefore opposite to the embodiment according to FIG. 3 is preferred because an acoustic lens is more difficult to manufacture and the Ultrasonic frequencies unwanted reflection losses may have. The specific example of the described in connection with Figures 3 and 5 The mode of operation and performance of the device is also valid for the embodiment according to FIGS. 6 and 7.

Die F i g. 7 zeigt eine dritte, ebenfalls gegenüber der Anordnung nach F i g. 3 bevorzugte Ausführungsform. Im Unterschied zu den vorgenannten beiden Ausführungsformen richtet hier der akustische Sender 31 seine Ultraschall-Ausgangsleistung auf ein reflektierendes optisches Teil 60, welches auch der in F i g. 6 abgebildete konkave Reflektor sein kann. Der Vorteil der Ausführungsform nach F i g. 7 besteht darin, daß durch Anordnung des akustischen Senders 31 im Brennpunkt des Reflektors 60 eine resultierende parallele (planare oder ebene) Druckwellenfront der Ultraschall-Energiewellen auch auf das untersuchte Objekt 32a gerichtet wird. Diese planare oder ebene Wellenfront der auftreffenden Ultraschall-Energie vermindert die Tiefenunschärfe infolge der Krümmung einer solchen Wellenfront in den Ausführungsformen nach F i g. 3 und 6. Die einzige Reihe von gleichzeitig ansprechenden Detektoren 33 kann auch hier in einem Abstand von etwa dem 1,5fachen der Brennweite des Reflektors 60 angeordnet werden. Wenn die Detektoren in diesem Abstand etwa in der Mitte zwischen dem Reflektor 60 und dem Objekt 32 liegen, dann besitzt das auf den Detektoren abgebildete Objekt etwa die halbe Höhe des tatsächlichen Objektes. Offensichtlich kann in allen Ausführungsformen gemäß den F i g. 3, 6 und 7 der Abstand zwischen den Detektoren und der Fokussierungsoptik und/oder der Abstand zwischen den Detektoren und dem untersuchten Objekt variiert werden und dies führt zu Änderungen der Höhe des auf den Detektoren abgebildeten Objektes gemäß der an sich bekannten optischen Theorie. In der Ausführungsform nach F i g. 7 wird für den Fall, daß der Reflektor 60 kleiner ist als das untersuchte Objekt 32a, der akustische Sender 31 näher zu dem Reflektor angeordnet als es dem. Brennpunktabstand entspricht, um ein erwünschtes Ausbreiten und Auseinanderstreben des am Reflektor reflektierten Ultraschall-Strahls zu erreichen und dadurch das Objekt 32a zu bestrahlen, welches untersucht werden soll. Die visuellen Abbildungen, welche von dem Gerät nach den F i g. 6 und 7 erzeugt werden, sind identisch zu den Abbildungen wie sie bei der Ausführungsform nach F i g. 3 erhalten werden, da die elektronische Schaltungsanordnung gemäß F i g. 5 auch hier verwendet wird.The F i g. 7 shows a third, also opposite the arrangement according to FIG. 3 preferred embodiment. In contrast to the aforementioned two embodiments, the acoustic transmitter 31 directs its here Ultrasonic output power on a reflective optical part 60, which is also the one shown in FIG. 6 pictured can be concave reflector. The advantage of the embodiment according to FIG. 7 is that through Arrangement of the acoustic transmitter 31 at the focal point of the reflector 60 produces a resulting parallel (planar or plane) pressure wave fronts of the ultrasonic energy waves are also directed at the examined object 32a will. This planar or even wave front of the incident ultrasonic energy reduces the depth of field as a result of the curvature of such a wavefront in the embodiments according to FIG. 3 and 6. The single row of simultaneously responding detectors 33 can also be at a distance of about 1.5 times the focal length of the reflector 60 can be arranged. If the detectors in this Distance approximately in the middle between the reflector 60 and the object 32, then it has on the Detectors imaged object about half the height of the actual object. Obviously it can in all Embodiments according to FIGS. 3, 6 and 7 the distance between the detectors and the focusing optics and / or the distance between the detectors and the examined object varies and this leads to changes in the height of the object imaged on the detectors according to the known optical theory. In the embodiment according to FIG. 7 is used in the event that the reflector 60 is smaller than the examined object 32a, the acoustic transmitter 31 is arranged closer to the reflector than it to the. The focal distance corresponds to a desired spreading and diverging of the at the reflector to reach reflected ultrasonic beam and thereby irradiate the object 32a, which should be investigated. The visual images produced by the device according to FIGS. 6 and 7 generated are identical to the illustrations as they are in the embodiment according to FIG. 3 can be obtained since the electronic circuit arrangement according to FIG. 5 is also used here.

Bei der Schaltung nach F i g. 5 wird eine konventionelle Kathodenstrahlröhre 10 verwendet, um eine visuelle Bildwiedergabe der Ultraschall-Echosignale zu erhalten, welche von dem untersuchten Objekt ausgehen. Diese Kathodenstrahlröhre 10 erfordert die Verwendung eines Gedächtnisspeichers 54 zur zeitweiligen Speicherung der erfaßten Signale und zum anschließenden sequentiellen Auslesen derselben. Die Verwendung eines solchen Gedächtnisspeichers oder einer äquivalenten Abtast- und Halteschaltung, welche beide sequentielle oder Serienausgänge erzeugen, kann jedoch unterbleiben. Die Ausgangssignale der zugeschalteten Verstärker 52 werden dann gleichzeitig den Mehrfacheingängen einer Mehrstrahlkathodenröhre oder einer anderen Anzeigekomponente 80 für visuelle Wiedergabe und mit Vielfacheingang gemäß dem Blockschaltbild der Fig.8 zugeführt Die Kathodenstrahlröhre 80 wird im Falle einer einzigen Reihe von 100 akustischen Detektoren 33 mit 100 Signaleingängen von den Ausgängen einer ähnlichen Zahl von 100 Detektorverstärkern 52 ausgestattet Die elektronische Schaltungsanordnung gemäß F i g. 8 kann mit irgendeiner der Ausführungsformen nach den F i g. 3,6 und 7 wie die elektronische Schaltungsanordnung nach Fig.5In the circuit according to FIG. 5, a conventional cathode ray tube 10 is used to provide a to obtain visual image reproduction of the ultrasonic echo signals emanating from the examined object. This cathode ray tube 10 requires the use of a memory memory 54 for temporary Storage of the recorded signals and subsequent sequential readout of the same. the Use of such a memory memory or an equivalent sample and hold circuit, which both produce sequential or series outputs, but can be omitted. The output signals of the connected Amplifiers 52 then become the multiple inputs of a multi-ray cathode tube simultaneously or another multi-input visual display component 80 according to FIG The block diagram of FIG. 8 is fed to the cathode ray tube In the case of a single row of 100 acoustic detectors, 80 becomes 33 with 100 signal inputs out of the outputs of a similar number of 100 detector amplifiers equipped 52 The electronic Circuit arrangement according to FIG. 8 can be used with any of the embodiments of FIGS. 3,6 and 7 like the electronic circuit arrangement according to Fig.5

ίο verwendet werden. Der Vorteil der Schaltung nach F i g. 8 unter Verwendung beispielsweise einer Mehrstrahlkathodenstrahlröhre besteht in der schnelleren Wiedergabe der Signale auf der Röhre, da die Abtastlinien oder Zellen auf der Kathodenstrahlröhre gleichzeitig erzeugt werden und die Verstärker 52 ihre Ausgangssignale gleichzeitig auf die Kathodenstrahlröhre abgeben anstelle einer Arbeitsweise Zeile um Zeile gemäß der Anordnung in der F i g. 5. Es wird dabei der gleiche Impulsgenerator 53 für die Tiefenbereichssteuerung verwendet zur Einschaltung und Ausschaltung der Verstärker 52 wie in der Schaltungsanordnung nach F i g. 5. Er dient ebenfalls in gleicher Weise zur Synchronisation der Vielzahl von Durchlaufvorgängen (100 im Falle von 100 Detektoren) in der mehrstrahligen Kathodenstrahlröhre, welche gleichzeitig beim Einschalten der Verstärker 52 ausgelöst werden. Die elektronischen Schaltungen, welche in den Blockschaltungen nach den F i g. 5 und 8 verwendet werden, sind konventionell und sind nicht in besonderem Maße kompliziert oder schnell, d. h. sie sind bedeutend langsamer als die in modernen Elektronenrechnern verwendeten Schaltungen.ίο be used. The advantage of the circuit after F i g. 8 using a multi-ray cathode ray tube, for example, is the faster one Playback of the signals on the tube as the scan lines or cells on the cathode ray tube are generated simultaneously and the amplifiers 52 send their output signals simultaneously to the cathode ray tube instead of operating line by line according to the arrangement in FIG. 5. It will be there the same pulse generator 53 for depth range control is used for switching on and off the amplifier 52 as in the circuit arrangement according to FIG. 5. It is also used in the same way for Synchronization of the large number of pass processes (100 in the case of 100 detectors) in the multi-beam Cathode ray tube, which are triggered at the same time when the amplifier 52 is switched on. the electronic circuits which are used in the block circuits according to FIGS. 5 and 8 are used conventional and not particularly complicated or fast, i.e. H. they are significant slower than the circuits used in modern electronic computers.

Andere Beispiele für visuelle Anzeigekornponenten 80 mit gleichzeitigem Mehrfacheingang, welche in der Ausführungsform nach Fig.8 verwendet werden können, sind:Other examples of concurrent multiple input visual display components 80 shown in FIG Embodiment according to Fig. 8 can be used are:

1. eine Plasma-Bit-Tafel mit einer Anordnung von Reihen und Spalten von Gasentladungseinrichtungen, 1. a plasma bit board with an arrangement of rows and columns of gas discharge devices,

2. eine Anordnung von Reihen und Spalten von flüssigen Kristallen und2. an arrangement of rows and columns of liquid crystals and

3. eine Anordnung von Reihen und Spalten von lichtaussendenden Dioden.3. an arrangement of rows and columns of light emitting diodes.

Bei all diesen Komponenten ist jede Reihe (Zeile) mit dem Ausgang eines entsprechenden Verstärkers 52 verbunden und jede Spalte (Tiefenbereich) wird in Sequenz stromführend gemacht mit Hilfe von geeigneten Signalen. Diese werden in einer Tiefenbereichszeitgeberschaltung entsprechend der sequentiellen Auslesung 55 der Anordnung nach Fig.5 erzeugt und ebenfalls durch einen Impulsgenerator 53 zur Bereichssteuerung getriggert. In all of these components, each row (row) is connected to the output of a corresponding amplifier 52 connected and each column (depth range) is made energized in sequence with the help of suitable Signals. These are stored in a depth range timer circuit according to the sequential readout 55 of the arrangement according to FIG. 5 and also triggered by a pulse generator 53 for area control.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung ein verbessertes Verfahren und Gerät ergibt zur Erzeugung einer visuellen Anzeige von Ultraschall-Echosignalen, welche von einem untersuchten Objekt reflektiert werden. Da das Gerät eine Diskriminierung im Zeitbereich vornehmen kann und dadurch eine visuelle Darstellung in der Tiefe ergibt, ist das Gerät besonders brauchbar bei der medizinischen Diagnose zur Untersuchung von inneren Organen und Blutgefäßen und kann auch verwendet werden, um Fehlerstellen in hergestellten Objekten festzustellen. Die optische Wiedergabe oder Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre oder einer anderen visuellen Anzeigeeinrichtung, welche mit diesem Gerät erhaltenFrom the foregoing description it can be seen that the invention provides an improved method and apparatus results in generating a visual display of ultrasonic echo signals which are being examined by an Object to be reflected. Since the device can discriminate in the time domain and thereby providing a visual representation in depth, the device is particularly useful in medical applications Diagnosis used to examine internal organs and blood vessels and can also be used to Detect defects in manufactured objects. Optical reproduction or display on the Cathode ray tube or other visual display device included with this device

wird, kann unmittelbar und kontinuierlich betrachtet werden und besitzt eine hohe Auflösung infolge des engen Abstandes der Detektoren und der Zeitbereichsdiskriminierung der reflektierten Echos. Das Verfahren und das Gerät verwenden einen einzigen akustischen Sender und eine einzige Reihe einer Vielzahl von akustischen Detektoren (200 bis 1000), welche die erfaßten reflektierten Ultraschall-Signale in elektrische Signale umwandeln zur visuellen Darstellung auf einer visuellen Anzeigeeinrichtung. Die visuelle Anzeige besteht aus rinem ebenen Schnitt durch das Objekt. Die Schnittebene ist dabei definiert durch die Mittenachse des Gerätes, definiert durch die Achse des Fokussierungsteils, und den Mittenpunkt der Detektoren und die Längsachse der Anordnung der akustischen Detektoren. Die Dicke dieses ebenen Ausschnittes, d. h. die Tiefe in dem untersuchten Objekt, kann in leichter Weise beherrscht werden durch eine Zeitbereichsdiskriminierung der erfaßten Ultraschall-Signale in einer Bereichssteuerschaltung. Diese steuert die Ein- uno Ausschaltzeiten von elektronischen Verstärkern, welche mit den Ausgängen der akustischen Detektoren verbunden sind. Die in diesem System verwendete Anordnung besteht aus relativ einfachen und billigen Bauteilen und ergibt eine hinreichend schnelle Ansprechzeit, so daß mit Leichtigkeit eine Bildgeschwindigkeit in der Größenordnung von 100 Bildern pro Sekunde für die visuelle Wiedergabe erreicht werden kann. Hierdurch wird eine unmittelbare Wiedergabe der Bewegung des untersuchten Objektes, beispielsweise des menschlichen Herzens, gestattet, oder es wird möglich, Filmaufnahmen der Bewegung eines solchen Organs zu erhalten.can be viewed immediately and continuously and has a high resolution due to the close spacing of the detectors and the time domain discrimination of the reflected echoes. The method and the device use a single acoustic Transmitter and a single row of a multitude of acoustic detectors (200 to 1000), which the convert detected reflected ultrasound signals into electrical signals for visual display on a visual display device. The visual display consists of a pure planar section through the object. the The cutting plane is defined by the center axis of the device, defined by the axis of the focusing part, and the center of the detectors and the longitudinal axis of the array of acoustic detectors. The thickness of this flat section, i.e. H. the depth in the examined object can be easily determined are controlled by a time domain discrimination of the recorded ultrasonic signals in a range control circuit. This controls the switch-on and switch-off times of electronic amplifiers, which are connected to the Outputs of the acoustic detectors are connected. The arrangement used in this system is from relatively simple and cheap components and results in a sufficiently fast response time, so that with Ease a frame rate on the order of 100 frames per second for the visual Playback can be achieved. This provides an immediate reproduction of the movement of the examined Object, for example the human heart, is permitted, or it becomes possible to record films of the To obtain movement of such an organ.

Andere Arten von konventionellen elektronischen Schaltungsanordnungen zur Erzielung der im Zusammenhang mit den Blockschaltbildern nach den Fig.5 und 8 beschriebenen Funktionen können anstelle der hier im einzelnen aufgeführten Schaltungsanordnung verwendet werden. Obwohl im allgemeinen die Mittenachse des Gerätes koinzident der Mittenachse des Senders oder Transmitters ist, ist diese Koinzidenz nicht unbedingt erforderlich und der Sender kann geringfügig aus der Achse heraus versetzt sein. Hierdurch werden jegliche Abschattungseffekte des Senders auf die reflektierten Wellen beseitigt. Obwohl die Verstärker- und Speicherelemente in der F i g. 5 in einer Form beschrieben werden, bei der sie durch das Ausgangssignal des Impulsgenerators für die Tiefenbereichssteuerung ein- und ausgeschaltet werden, können schließlich offensichtlich die Verstärker auch ständig in Funktionsbereitschaft sein und es ist lediglich dann erforderlich, die Gedächtnisspeicherelemente ein- und auszuschalten.Other types of conventional electronic circuit arrangements for achieving the functions described in connection with the block diagrams according to FIGS. 5 and 8 can be used instead of the circuit arrangement detailed here. Although the center axis of the device is generally coincident with the center axis of the transmitter or transmitter, this coincidence is not absolutely necessary and the transmitter may be slightly off-axis. This eliminates any shadowing effects of the transmitter on the reflected waves. Although the amplifier and storage elements in FIG. 5 are described in a form in which they are switched on and off by the output signal of the pulse generator for the depth range control, finally the amplifiers can obviously also be permanently operational and it is only then necessary to switch the memory storage elements on and off.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for generating a visible display of an object that may have movement and its internal acoustic heterogeneities with the aid of ultrasonic echo signals reflected on the object,
characterized by the following process steps:

Generating a periodic pulsed ultrasonic frequency and pressure wave signal in a liquid Medium from a single acoustic transmitter with a repetition rate of at least 15 pulses per Second,

Directing the periodic ultrasonic signal to an examined object,

Focussing the periodically reflected ultrasound echo signals from the object on a single row of closely spaced acoustic detectors, which are arranged along an axis perpendicular to the central axis of the signal propagation from the transmitter,
Simultaneous acquisition of the ultrasonic echo signals on the single row of acoustic detectors and conversion of the acquired ultrasonic echo signals into electrical signals, periodic generation of an electrical pulse of short duration to trigger the periodic operation of the transmitter and to define a periodic zero reference time for the operation of the device, Periodic simultaneous switching on of electrical signal amplifiers, which are connected to the outputs of the assigned acoustic detectors, at a first predetermined point in time after the zero reference time value in the presence of the periodic electrical pulse of short duration, the switched-on time corresponding to the depth range of the examined object,
periodic switching off of the electrical signal amplifiers at a second predetermined point in time after the first point in time, the time interval between switching on and switching off corresponds to the depth of field in the examined object and thereby a time domain discrimination of the ultrasonic echo signals is obtained, feeding the amplified electrical signals into a visual display device,
Generating a periodic synchronization signal when switching on the amplifiers and
Supply of the periodic synchronization signal to a scanning synchronization input of the display device, each scanning line of the display device depicting or reproducing those echo signals which have been detected by an associated acoustic detector in the depth field defined by the time interval between switching on and switching off the amplifier , and further the operating repetition frequency of the device and the repetition frequency of the reproduction is measured sufficiently fast to obtain a display which gives a moving pictorial representation in the depth of a flat slice of the examined object while it is moving, the slice in a Plane lies which is defined by the central axis of the signal propagation from the transmitter and the axis of the single row of detectors.

2. The method according to claim 1, characterized in that the amplified electrical signals are temporarily stored before being fed into the display device, and the stored amplified signals read out sequentially and a single signal input of the display device are supplied in series, which represents a series input, and that the periodic, The synchronization signal fed to the synchronization input of the display device for a line-by-line synchronization of the scan on the visual display device with the sequential readout of the stored amplified electrical signals ensures.

3. The method according to claim 1, characterized in that

that when the amplified electrical signals are fed to the visual display device, the output signals of the activated amplifiers are simultaneously fed to a number of signal inputs of the visual display device which is equal to the number of acoustic detectors,
and that the periodic synchronization signal which is fed to the synchronization input of the display device, which represents a parallel input, ensures a simultaneous synchronization of all scan lines on the display when the amplifiers are switched on.

4. The method according to claim 1, characterized in that for an increase in the resolution of the visual display device in the vertical direction the distance between the detectors to half Wavelength of the ultrasonic pressure wave signal in the liquid medium is limited and for enlargement the resolution of the display in the horizontal direction according to the depth of the field in the examined object is reduced by the fact that a higher ultrasonic excitation frequency of the acoustic Transmitter is used, with the ultrasonic frequency in a range from 1 to 10 Megahertz is.

5. Device for performing the method according to claims 1 to 4, characterized by

an acoustic transmitter (31) for generating a periodic pulsed pressure wave signal with ultrasound frequency in a liquid medium, which directs this periodic ultrasound signal onto the examined object (32),
a number of closely spaced acoustic detectors (33) arranged in a single row along an axis perpendicular to the central axis (31a,} of the device for simultaneously scanning the ultrasonic echo signals reflected from the object (32) and for converting the scanned ultrasonic signals Signals into equivalent electrical signals,

a focusing device (30, 60) for imaging the ultrasonic echo signals onto the acoustic detectors (33), the center axis of the device being formed by the center axis of the focusing device (30, 60) and the center of the row of detectors,
an equal number of amplifiers (52) which are connected to the acoustic detectors (33) for amplifying the electrical signals generated in the detectors (33),

a device (10) connected to the amplifier outputs for generating a visual display or playback of the echo signals, with each line

a corresponding acoustic detector (33) is assigned to the visual display
a device (50), the output of which is connected to an input of the acoustic transmitter (31), for generating a periodic electrical pulse of short duration which triggers the generation of the periodic pulsed ultrasonic signal from the transmitter (31) and also a periodic zero reference time for defines the operation of the device, and a device (53) whose input is connected to the output of the device (5C) for generating a periodic electrical pulse of short duration and whose output is connected to the inputs of the signal amplification device (52) for simultaneous periodic on - and switching off the signal amplification devices (52) at desired time intervals, which correspond to the depth range from the object (32) to the transmitter (31) and the detectors (33) and also to the field in the examined object, each line of the visual display showing those echo signals which reflect from the object and its inner heterogeneities ktiert and detected by the associated acoustic detector inside the depth of field defined by the control device (53), the display showing a visual depth representation of a flat disk of the object and this disk lies in a plane which passes through the central axis (31a,) of the Device and the axis of the row of detectors is formed.

6. Device according to claim 1, characterized in that the device for directing the ultrasonic signals consists in that the acoustic transmitter (31) is oriented such that its output is directed to the examined object (32) and with the central axis (3Ia ₁ J of the device is aligned, whereby the generated pulsed ultrasonic signal propagates directly from the acoustic transmitter to the examined object.

7. Device according to claim 6, characterized in that the acoustic image focusing device is a reflective concave device and with the center of the row of detectors (33) and with the The center axis (31a,) of the signal propagation from the transmitter (31) to the object (32) is aligned and that the device for aligning the ultrasonic signal consists of the focusing device and the Output of the acoustic transmitter (31) directly to the acoustic image focusing device (60) directed and aligned with the center axis (31a,) of the device, whereby the Generated pulsed ultrasonic signal from the acoustic transmitter to the acoustic image focusing device spreads and is reflected from there in the direction of the examined object.

8. Device according to claim 6, characterized in that the acoustic image focusing device a reflective concave means (60) and with the center of the row of detectors (33) and the central axis (31a ^ of the signal propagation from the transmitter (31) is aligned, whereby the Ultrasonic echo signals from the acoustic image focusing device for mapping onto the acoustic Detectors are reflected.

9. Device according to claim 5, characterized in that the acoustic image focusing device consists of an acoustic converging lens (30) which is placed between the acoustic Detectors (33) and the examined object (32) inserted and with the central axis (31a,) of the Signal propagation from the transmitter (31) to the object (32) is aligned

10. Device according to claim 5, characterized in that the acoustic image focusing device consists of a concave acoustic reflector (60) with the central axis (31a,) of the Signal propagation from the acoustic transmitter (31) to the object (32) is aligned with the acoustic Detectors (33) between the acoustic reflector (60) and the examined object (32) are arranged and at a distance from the reflector (60) beyond the focus of the same are located.

11. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that between the outputs of the amplifier (52) and the input of the Visual display (10) a device (55) is connected for the temporary storage of the amplified electrical Signals and that a device (55) is connected to the control device (53) for periodic generation of sequence signals which are fed to the signal storage device (54) and a periodic sequential reading of the amplified electrical signals on the display (10), the device (55) for generating sequence signals also including the sampling time the visual display (10) controls for synchronization with the reading of the stored electrical Signals, whereby each row scan only images the echo signals, which only from one associated acoustic detector (33) are detected inside that depth of field, which by the Gate control means (53) is defined.

12. Device according to claim 11, characterized in that the display (10) has a Cathode ray tube is.

13. Device according to claim 12, characterized in that the cathode ray tube (10) with a single signal input is provided which is connected to a common output of the signal storage devices (54) is connected.

14. Device according to claim 5, characterized in that the visual display has a device (80) with an equal number of parallel inputs, each with separate outputs of the amplifier (52) are connected, the output variables of which are simultaneously fed to the inputs of the display are.

15. Device according to claim 14, characterized in that the visual display (80) has a Cathode ray tube with multiple inputs, whereby the scan lines can be generated simultaneously are and thereby a faster reproduction of the detected echo signals can be achieved.

16. Device according to claim 14, characterized by that the display is a plasma display panel which is an array of rows and columns of gas discharge devices, these gas discharge devices in series with the outputs of the amplifiers (52) are connected and the columns are connected in sequence by signals, which in a Depth range timer circuit are generated which is triggered by the controller (53).

17. Device according to claim 14, characterized in that

indicates that the display (80) is an arrangement of rows and columns of liquid crystals are connected in series with the outputs of the amplifiers (52) and the columns are switched on in sequence by signals which are in one of the control device triggered time domain switching are generated.

18. Device according to claim 14, characterized in that the display (80) has a Arrangement of rows and columns of light emitting diodes, row by row with each other The outputs of the amplifiers are connected and the columns are connected in sequence by signals, which are generated in a time domain circuit triggered by the control device.

IS. Device according to one of Claims 5 to

18, characterized in that the acoustic transmitter (31), the acoustic detectors (33) and the examined object (32) are immersed in the liquid medium.

20. Device according to one of claims 5 to

19, characterized in that the acoustic transmitter (31) and the detectors (33) each Piezoelectric transducers are the minimum distance between adjacent acoustic detectors (33) is half the wavelength of the ultrasonic signal in the liquid medium.

21. Device according to claim 7, characterized in that the series of acoustic detectors (33) with a distance approximately in the middle between the acoustic image focusing device (30, 60) and are attached to the examined object (32).

22. Device according to one of claims 5 to 21, characterized in that the wavefront pattern of the periodic ultrasonic pressure wave signal which is derived from the single acoustic Transmitter (31) is generated, is wide enough to illuminate the entire examined object (32), and the repetition frequency of the periodic electrical impulses of short duration at least 15 pulses per second.